工程流体力学复习题及答案docx页

工程流体力学复习题及答案docx页内容摘要：

P1=P2=172kN/ 2m 设 Fx,Fy 为水流作用于弯管的分力，如图 060O X Y U1， P1 P2， U2 工程流体力学 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 13 X方向：kNAPAF)1000300()1000600(60c o sp2202211x Y方向： 011 60sina0 APF y  =0172 1/4 （ 300/1000） 2 = 对弯管的合力： NFFR y2x  方向为： a=arctan（ Fy/Fx） = 014 ② 当有流动时： 由连续性方程得： 87 222121  udud  解得： mu  /s mu  /s 忽略阻力，应用伯努利方程 ，列 11,22 断面的方程： gupgup 22222211  带入数据解得： P2/r== =100Kn/ 2m 列动量方程： X 方向： ）060c o s(ux60c o spp 0202211  QFAA  带入数据得： Fx= 同理： y方向： ）（ 060s in au60s in a 02022  QAPFy  代入数据解得： Fy= 合力为： R= 22x yFF  = 方向为： a=arctan（ Fy/Fx） = 解： mrh 245sin 0  工程流体力学 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 14 kNFFFkNhhrrbFkNh r h bFmhocyxyx2181()2181(21212222 ① 32 )10050(  HAQ/s ②孔口与管嘴出流流动时，在出流管嘴内形成以真空区域主要原因是：流体具有粘滞性，流体质点流动时存在惯性，流线不能发生直接拐弯，只能是光滑的曲线因此靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空。 ③ L=（ 3— 4） D=(3— 4) 50=150— 200 mm 建立如图所示的坐标： 设平板对水流的冲击力为 R（方向与 x 轴正方向相同），如图中所示： 射流出口速度：2020044dv d  由于平板是光滑的，所以仅有法向力，由动量方程（ x 轴方向）得： R=流出动量 流入动量 =  s ins in(0 0000 VQVQ  ） =2020dsin4  Q 所以平板所受冲击力大小与 R相等，方向相反。 由连续性方程可得： Q0=Q1+Q2① 由于 射流是水平方向，且置于大气中，所以压力能不变，能量损失不计，由能量方程得：210222120 vvvg2vg2vg2v  ，得 平板切线方向（ y轴方向）无摩擦力，  0F 满足动量守恒； 即； 0=  c o svvv 002211 Q  ）（ 化简得： cos021 Q  ② 联立方程①②解得： ）cos1(2101  ）cos1(2102  1选取水平面为截面 11，出口处为断面 22，由伯努利方程知： 工程流体力学 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 15 gvBgvAgvgvd lgvpzgv 222d l222pz222122221121222011   连续性方程可知： 2211 AvAv  所以41d212221  dvv 所以gv210001000v000010 2121212121  所以  /s,所以  12 4vv /s  )1 00 02 00( 212111 vdVAQ  3m /s 第 1 章 绪论 选择题 【 】 按连续介质的概念，流体质点是指：（ a ）流体的分子；（ b）流体内的固体颗粒；（ c）几何的点；（ d）几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。 解：流体质点是指体积小到可以看作一个几何点， 但它又含有大量的分子，且具有诸如速度、密度及压强等物理量的流体微团。 （ d ） 【 】 与牛顿内摩擦定律直接相关的因素是：（ a ）切应力和压强；（ b）切应力和剪切变形速度；（ c）切应力和剪切变形；（ d）切应力和流速。 解：牛顿内摩擦定律是ddvy，而且速度梯度 ddvy 是流体微团的剪切变形速度ddt ，故 ddt。 （ b ） 【 】 流体运动黏度 υ 的国际单位是：（ a ） m2/s；（ b） N/m2；（ c） kg/m；（ d） Ns/m2。 解：流体的运动黏度 υ 的国际单位是 /sm2。 （ a ） 【 】 理想流体的特征是：（ a ）黏度是常数；（ b）不可压缩；（ c）无黏性；（ d）符合 RTp。 解：不考虑黏性的流体称为理想流体。 （ c ） 【 】 当水的压强增加一个大气压时，水的密度增大约为：（ a ） 1/20 000；（ b） 1/1 000；（ c） 1/4 000；（ d） 1/2 000。 解：当水的压强增加一个大气压时，其密度增大约工程流体力学 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 16 95d1d 0 . 5 1 0 1 1 0 2 0 0 0 0kp      。 （ a ） 【 】 从力学的角度分析，一般流体和固体的区别在于流体：（ a ）能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（ b）不能承受拉力，平衡时能 承受切应力；（ c）不能承受拉力，平衡时不能承受切应力；（ d）能承受拉力，平衡时也能承受切应力。 解：流体的特性是既不能承受拉力，同时具有很大的流动性，即平衡时不能承受切应力。 （ c ） 【 】 下列流体哪个属牛顿流体：（ a ）汽油；（ b）纸浆；（ c）血液；（ d）沥青。 解：满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。 （ a ） 【 】 15C 时空气和水的运动黏度 6215. 2 10 m /s 空 气 ， 46 10 m /s 水 ，这说明：在运动中（ a ）空气比水的黏性力大；（ b）空气比水的黏性力小；（ c）空气与水的黏性力接近；（ d） 不能直接比较。 解：空气的运动黏度比水大近 10 倍，但由于水的密度是空气的近 800 倍，因此水的黏度反而比空气大近 50 倍，而黏性力除了同流体的黏度有关，还和速度梯度有关，因此它们不能直接比较。 （ d ） 【 】 液体的黏性主要来自于液体：（ a ）分子热运动；（ b）分子间内聚力；（ c）易变形性；（ d）抗拒变形的能力。 解：液体的黏性主要由分子内聚力决定。 （ b ） 计算题 【 】 黏度 μ=10﹣ 2Pas 的黏性流体沿壁面流动，距壁面 y 处的流速为 v=3y+y2（ m/s），试求壁面的切应力。 解：由牛顿内摩擦定律，壁面的切应力 0 为 220 00d ( 3 2 ) 3 . 9 2 1 0 3 1 1 . 7 6 1 0 P adyyv yy           【 】 在相距 1mm 的两平行平板之间充有某种黏性液体，当其中一板以 对于另一板作等速移动时，作用于板上的切应力为 3 500 Pa。 试求该液体的黏度。 解：由 ddvy ， 3d 1 1 03 5 0 0 2 . 9 1 7 P a sd 1 . 2yv      【 】 一圆锥体绕竖直中心轴作等速转动，锥体与固体的外锥体之间的缝隙 δ=1mm，其间充满 μ=s 的润滑油。 已知锥体顶面半径 R=,锥体高度 H=,当锥体转速 n=150r/min 时，求所需旋转力矩。 解：如图，在离圆锥顶 h 处，取一微圆锥体（半径为 r ），其高为 dh。 这里 RrhH 习题 . 1 21图hd hr工程流体力学 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 17 该处速度 () Rv h r hH 剪切应力 () v R hr H    高为 dh 一段圆锥体的旋转力矩为 d ( ) ( )2M h r dcoshrr 2RhH 2 dcoshr  其中 tanrh 代入 32ta n2dc o sRh hH   总旋转力矩 2 3002 ta nd ( ) dc o sH RM M h h h      342 ta ncos 4   其中 r a d/ 21 50s,   30 .3ta n 0 .6 , c o s 0 .8 5 7 , 0 .5 m , 1 1 0 m0 .5R HH          代入上式得旋转力矩 3432 0 . 1 1 5 . 7 0 . 6 0 . 5 3 8 . 8 3 N m1 1 0 0 . 8 5 7 4M        【 】 上下两平行圆盘，直径均为 d，间隙为 δ，其间隙间充满黏度为 μ 的液体。 若下盘固定不动，上盘以角速度  旋转时，试写出所需力矩 M 的表达式。 解：在圆盘半径为 r 处取 dr 的圆环，如图。 其上面的切应力   rr  则所需力矩  d2Mr 32ddr rr r r 总力矩 422 3002dd 32dd dM M r r        【 】 当压强增量 p =5104N/m2 时，某种液体的密度增长%。 求此液体的体积弹性模量。 dδω习题 . 1 31图rd rO工程流体力学 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 18 解：液体的弹性模量4 8d d 5 1 0 2 . 5 1 0 P ad d 0 . 0 0 0 2ppE          【 】 一圆筒形盛水容器以等角速度  绕其中心轴旋转。 试写出图中 A(x,y,z) 处质量力的表达式。 解：位于 ( , , )Ax y z 处的流体质点，其质量力有 惯性力 22cosxf r x   22sinyf r y   重力 zfg （ Z 轴向上） 故质量力的表达式为 22x y g  F i j k 【 】 图示为一水暖系统，为了防止水温升高时，体积膨胀将水管胀裂，在系统顶部设一 膨胀水箱。 若系统内水的总体积为 8m3，加温前后温差为 50℃ ，在其温度范围内水的热胀系数 α= 5/℃。 求膨胀水箱的最小容积。 解：由液体的热胀系数 1ddVVT 公式， 据题意， 5/ ℃， 38mV ， d 50T ℃ 故膨胀水箱的最小容积 习题 .151图Ayxθ锅炉散热器习题 .161图工程流体力学 11/24/20205:45:31 PM 郭冠中制作 19 3d d 0 . 0 0 0 5 8 5 0 0 . 2 mV V T     【 】 汽车上路时，轮胎内空气的温度为 20℃ ，绝对压强为 395kPa，行驶后， 轮胎内空气温度上升到 50176。 С，试求这时的压强。 解：由理想气体状态方程，由于轮胎的容积不变，故空气的密度  不变， 故 00p pTT ， 其中 0 395kPap  ， 0 2 0 2 7 3 2 9 3 KT   ， 50 273 323KT    得 3 9 5 3 2 3 4 3 5 .4 k Pa293p  【 】 图示为压力表校正器。 器内充满压缩系数为 k=10﹣ 10m2/N 的油液。 器内 压强 为 105Pa 时，油液的体。